CC BY
223
-------------------------------------------------- © А.А. Грабский, 2010
УДК 622.015.002 А.А. Грабский
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КАРЬЕРНОГО КОМБАЙНА
Выполнен обзор существующих на сегодняшний день карьерных комбайнов, рассчитана техническая производительность карьерных комбайнов с шнекофрезерным рабочим органом, смоделирована удельная техническая производительность карьерного комбайна в зависимости от высоты фрезеруемого слоя при различных значениях эффективного коэффициента трения породы о шнек.
Ключевые слова: карьерный комбайн, техническая производительность,
шнекофрезерный рабочий орган.
Т"ури разработке месторождений
А. А. полезных ископаемых,
представленных скальными и полускальными породами,
традиционным является буровзрывной способ подготовки пород к выемочнопогрузочным работам. Наряду с определенными преимуществами
буровзрывные работы имеют ряд известных недостатков, которые усугубляются при необходимости производить послойную выемку. При этом ограниченные возможности раздельной выемки тонких породных слоев приводят к валовой отработке сложных в структурном отношении месторождений или отработке с невысокой глубиной селекции, сопровождающейся значительным
повышением потерь и разобужеванием.
Создание и внедрение на открытых разработках нового поколения машин, обеспечивающих замену традиционной технологии с применением БВР при разработке скальных и полускальных пород на безвзрывную, является прогрессивным направлением в совершенствовании выемочно-
погрузочных работ.
В конце 70-х, начале 80-х годов за рубежом заметно возрос интерес к 206
Семинар № 22
оборудованию, позволяющему достичь высокой производительности и поточности и базирующемуся на принципах безвзрывного разрушения массива пород, обеспечивающему технологические процессы отделения от массива, дробления и погрузки горной массы. В результате исследовательских и опытно-конструкторских работ, проведенных рядом машино-
строительных фирм США, Германии и Австрии, были разработаны и изготовлены промышленные образцы карьерных комбайнов различных типов для открытых горных работ.
На основе опыта проектирования и эксплуатации шахтных добычных и
проходческих комбайнов, а также
оборудования для дорожного и аэродромного строительства был разработан ряд образцов комбайнов непрерывного действия для открытой разработки месторождений методом послойного фрезерования (такие
комбайны получили название
«Continuous Surface Miner», или сокращенно CSM) и многослойного фрезерования (стре-ловые комбайны).
Первые комбайны СSМ появились на рынке в начале 80-х годов прошлого столетия. Несколько позже были
созданы комбайны с роторным рабочим органом ковшового типа (серия «Satterwhite Wheel» и струговым рабочим органом. Накоплен достаточно большой опыт практического применения различных моделей комбайнов на карьерах строительных материалов, угольных, фосфоритовых, бокситовых, гипсовых, при разработке вскрышных пород в США, Австралии, Канаде, Бразилии, ЮАР, Франции, Испании, Италии.
Карьерные комбайны, помимо высокой мобильности и селективной отработки забоев, обеспечивают высокий уровень поточности горного производства в сочетании с автоматизацией выемочных, погрузочных и транспортных операции с использованием дистан-ционного
управления.
Технология отработки породного массива формирует целый комплекс
предпосылок для достижения экологической чистоты и повышения экономии-ческой эффективности открытых работ, что обосновывается следующими фак-торами:
• возможностью управления па-
раметрами отрабатываемых уступов в изменяющейся горнотехнической обстановке, поскольку при послойно-полосо-вой технологии производства горных работ высота уступа и ширина заходки не зависят от линейных параметров экскавационной машины типа «Surface Miner» (SM);
• возможностью безвзрывной от-
работки горного массива, представленного весьма крепкими породами, позволяющей сократить эксплуатационные издержки, обусловленные
необходимостью проведения
буровзрывных работ при использовании традиционной выемочно-погрузочной техники, и минимизировать вредное воздействие на окружающую среду;
• отказом от проведения
буровзрывных работ в совокупности с широкими технологическими
возможностями машин типа SM при селективной выемке сложно структурных и маломощных пластов полезного ископаемого;
• созданием необходимых
предпосылок для уменьшения потерь и разубоживания полезного ископаемого, что повышает товарные свойства добываемого сырья.
Сопряженная работа машин типа SM и перегружателей непрерывного действия различной модификации создает условия для формирования технологических схем с полной конвейеризацией транспорта, что особенно важно для повышения эффективности функционирования
глубоких карьеров с большими грузопотоками горной массы.
В настоящее время подобная техника производится только зарубежными фирмами на машиностроительных заводах Германии, США, Англии, Австрии, Японии, Швеции. Принципиальные и компоновочные схемы карьерных комбайнов предусматривают несколько вариантов расположения рабочего органа (рис. 1):
• в передней части машины (MTS, изготовитель фирма «MAN TAKRAF»^ и модель KSM, изготовитель фирма «Кгирр»-б);
• на раме по центру (модель SM, изготовитель фирма «Wir^eD»^);
• с консольным расположением рабочего органа на раме, вынесенного на стрелу (модель СМЕ, изготовитель фирма «КЛНСО»-г);
• с раздельным от приемного конвейера (модель VASM, изготовитель фирма «Voest А1рте»-д).
При работе карьерных комбайнов всех выше перечисленных типов забоем является поверхность площадки уступа. В отличие от роторных и одноковшовых экскаваторов, которые при выемке блоков работают почти стационарно, комбайн послойной выемки породы
KSM
WSM
CME
VASM
б
в
г
д
представляет собой мобильное устройство с высокой скоростью передвижения. Эти машины
рационально применять на любых относительно больших по площади месторождениях.
При небольшой площади отработки производительность комбайна
снижается из-за потерь времени на маневровые операции (разворот и переезд к следующей заходке). Наибольшую эффективность показали карьерные комбайны непрерывного
Рис. 1. Принципиальные компоновочные схемы
карьерных комбайнов
действия с центральным и передним расположением рабочего органа (см. рис. 1), обеспечивающие послойную выемку пород прочностью до 150 МПа.
Сегодня фирма «MAN TAKRAF» выпускает два типа комбайнов: фрезерные серии MTS и компактные серии
MTS-С. Те и другие предназначены для открытой разработки пород прочностью до 50 МПа (известняк, бокситы, фосфориты, крепкий бурый уголь, каменный уголь, соли, глины и другие твердые осадочные породы)
послойным фрезерованием без предварительного
взрывания и первичного дробления, с применением поточной технологии и селективной выемки
полезного ископаемого. Все комбайны имеют модульную конструкцию, включающую ходовую часть с гусеничными тележками, шнекофрезерный рабочий орган с опорной рамой и приводными механизмами, эргономичную кабину управления с системами
кондиционирования и видеоинформации. Комбайны могут оборудоваться системой распознавания границ слоев, глобальной системой навигации и определения положения (GPS), системами
радиотелеуправления и пылеподавления. В настоящее время выпускаются 11 моделей комбайнов базовых серий MTS и MTS-С.
Рис. 2. Результаты моделирования удельной технической производительности
карьерного комбайна MTS - 250 фирмы «MAN TA KRA F» (D =1,6 м) в зависимости от: высоты фрезеруемого слоя - h ; прочности породы - а ; эффективного коэффициента трения - /э
Компактные комбайны серии MTS-C выполнены с учетом специальных требований к процессу добычи и измельчения полезного ископаемого. Шнекофрезерный барабан обеспечивает хорошее измельчение материала и его укладку в валки для последующей перегрузки ковшовыми погрузчиками в самосвалы или через загрузочные воронки на конвейер. Конструкцией
предусмотрена установка
шнекофрезерного рабочего органа в
передней или в задней части рамы. При работе передним барабаном
обеспечивается высокая избирательность выемки слоев независимо от состояния поверхности перед фрезерным барабаном. Расположение барабана в хвостовой части машины эффективно в том случае, когда требуется ограничить выход мелких фракций и обеспечить максимальную производительность. Кроме того, шнекофрезерный барабан регулируется с помощью гидравлического устройства по высоте (вверх/вниз), а также в горизонтальной плоскости (влево/вправо) в диапазоне ±5%. Компактные комбайны серии МТS-С (рис. 2) оснащены двух гусеничным ходовым механизмом, смонтированным на жесткой опорной раме. Привод разгрузочного конвейера и шнекофрезерного барабана- дизель-гидравлический.
Эффективность работы карьерного комбайна со шнеко-фрезерным рабочим органом зависит от многих взаимосвязанных между собой факторов.
В результате аналитических исследований и экспериментальной проверки полученных зависимостей при работе двух карьерных комбайнов, эксплуатируемых на участке по добыче фосфоритов «Ташкура» НГМК, для расчетаудельной технической
производительности рекомендуется система уравнений:
П =---1-X
1 + fэ\ Т + 2zkWCos-
+ (1 + fK) A(p0, Y)0
L = f [ 1 + ^ ]-05,0 < ^ < 3;
°н °h
2 2
Л(%, ^) = Cos 3 p0 -^Sin 3 p0;
p0 = ArcCos(1 -2h/D),0.08 < h < 0.72.
X
2
Результаты моделирования удельной технической производительности
(системы уравнений) для карьерного комбайна MTS - 250 фирмы «MAN TAKRAF» (D =1,6 м) в зависимости от высоты фрезеруемого слоя- h для прочности породы amin=10 МПа и amax =50 МПа (фосфоритовое Джерой-Сардаринское месторождение,
Республика Узбекистан); при различных значениях эффективного коэффициента трения - / породы о шнек приведены на рис. 1.
Анализ предлагаемых аналитических зависимостей (системы уравнений) свидетельствует, что:
• величина удельной технической
производительности карьерного
комбайна при заданных его конструктивных ( W , D ) и
энергетических (Nui, Nx ,цх ,цш)
параметрах не линейно зависит не только от технологических (а , q>0 (h), ц , 2(<р0,ц)), но и от виброреологических (
»опш/»я , /э ) параметр°в (рис. 2).
• для связанных пластичных пород (о=10 МПа; Y=0,6; kc=0,33) при
уменьшении эффективного
коэффициента трения - ^ с 0,55 до 0,11 удельная техническая
производительность увеличивается в 2,15 раз при высоте фрезеруемого слоя породы h = 0,08 м. и в 3,2 раза при высоте фрезеруемого слоя породы h=0,72 м;
• для крепких хрупких пород (о = 50 МПа; ¥ = 0,3; кс = 0,15) при уменьшении эффективного
коэффициента трения - ^ с 0,55 до
0,11 удельная техническая
производительность увеличивается в 1,6 раз при высоте фрезеруемого слоя породы h = 0,08 м. и в 2,4 раза при высоте фрезеруемого слоя породы h = 0,72 м;
Таким образом, можно констатировать, что техническая производительность карьерного комбайна - ПТ при заданных его конструктивных (W , D ) и
энергетических (Nш, Nх ,цх ,цш)
параметрах не линейно зависит не только от технологических (а ,%,у ,Л(ф0,^)), но и от виброреологических (ю ±Д ю , f ) параметров.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Замышляев В.Ф., Грабский А.А., системы. - «Известия СССР. Серия Механика
Кузиев ДА., Абдуазизов Н.А. Сравнительный твердого тела», 1976, №6, с. 13-27. ЕШ анализ результатов аналитических и
экспериментальных исследований момента сопротивления вращению шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна.//Горный информационно-аналитический бюллетень, выпуск 11. - М.: Изд-во МГГУ, 2007, С. 15-23.
2. Медников Н.Н., Сытенков В.Н.
Методика расчета производительности
роторных экскаваторов и фрезерных комбайнов применительно к технологическим схемам разработки вскрышных пород
фосфоритного карьера. Навои НГГИ // Г орный вестник Узбекистана №1, 2001. С. 88-91
3. Блехман И.И. Метод прямого разделения движений в задачах о действии вибрации на нелинейные механические
— Коротко об авторе -------------------------------------------------
Грабский А.А. - кандидат технических наук, профессор кафедры TMO, Ыосковский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
й
